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Proteine verursachen Herbstfärbung

Landwirtschaft

Protease denaturiert das Protein LHCII

> Im September beginnt das Chlorophyll sich aus den Blättern zurückzuziehen. Zurück bleiben die gelben und roten Farbpigmente, die im Herbst das Laub für uns so schön färben. Ein Forscherteam des schwedischen Pflanzenforschungs-Zentrum in Umea (UPSC) hat nun ein Protein identifiziert, welches für das Farbenspiel verantwortlich ist. Die Ergebnisse hat das Team um die Professoren Stefan Jansson und Christiane Funk im "Proceedings of the National Academy of Science" veröffentlicht.

Pigment-Protein-Komplex
Im Blatt sind die verschiedenen Farbpigmente an unterschiedliche Proteine gebunden. Das meiste Chlorophyll, das den Blättern die grüne Farbe verleiht, ist an das Protein LHCII gebunden. Jedes Protein ist etwa eine Million Mal kleiner als die menschliche Wahrnehmungsgröße des Auges. Sind aber sehr viele Proteine zusammen, dann können wir sie sehen. LHCII ist möglicherweise das meist vorhandene Protein auf unserem Planeten, schätzen die Forscher. Es ist sogar so viel vorhanden, dass es aus dem Weltall gesehen werden kann - Satellitenbilder zeigen die grüne Farbe des Regenwaldes und des Waldes der gemäßigten Zonen.
In den Tropen gibt es keinen Herbst, aber in unserem Klima verlieren die Bäume und mehrjährigen Pflanzen ihr Chlorophyll. Weil die Proteine Aminosäuren beinhalten, die von den Bäumen noch gebraucht werden, werden sie praktisch recycelt. Deswegen werden die Proteine in den Blättern aufgebrochen und die Aminosäuren in den Stamm zurückgezogen. Sie warten dort und in den Ästen und Wurzeln, bis sie nächstes Jahr wieder für die Bildung neuer Blätter verwendet werden. Den Proteinaufbruch besorgen so genannte Proteasen, die weltweit intensiv untersucht werden. Sie sind für alle Lebewesen wichtig, aber den LHCII-Spaltern kann man bei der Arbeit aus dem All zu sehen.
Mit der Modellpflanze einer Kresse, Arabidopsis thaliana, haben Jansson und Funk die Protease identifiziert, die LHCII denaturiert. Die Experten glauben, dass sie zu der Familie FtsH-Proteasen gehört. Bei verschiedenen Kressepflanzen haben sie FtsH entfernt und beobachtet, dass eine dieser Pflanzen hat ihr LHCII-Protein deutlich zerstört, woraus die Schweden folgern, dass FtsH zumindest hilft LHCII abzubauen und dadurch die Farbpigmente übrig bleiben.

LHCII und FtsH
LHCII stammt aus dem englischen und bezeichnet die Funktion des "Light-Harvesting" im zweiten Photosystem der Pflanzen. Damit ist ein Pigment-Protein-Komplex als Lichtsammler beschrieben, der für die Wissenschaftler noch viele Fragen enthält. Frühe Lichtsammler sind so genannte Antennenkomplexe mit einfacherer Struktur und finden sich bei Purpur- oder Schwefelbakterien.
Interessant ist LHCII auch deswegen, weil es vorhersagbare optische Eigenschaften aufweist und in elektrochemischen Solarzellen oder als Bauelement in molekular-optischen Schaltungen eingesetzt werden kann.
FtsH ist ein Protein, dass in E. coli essentiell und am besten untersucht ist. Es gehört zu der Klasse der ATP-abhängigen Metalloproteasen, die in zellulären Membranen von Bakterien, Chloroplasten und Mitochondrien organisiert sind. Biologen sprechen bei FtsH von einer Qualitätskontrolle, da es lösliche Substrate abbauen kann, wie hier das Protein. FtsH ist auch am Fettsäure-Stoffwechsel beteiligt und hat Vertreter, die auch beim Menschen gefunden wurden.

roRo

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